Biotehnologia Acidului acetic alimentar

download Biotehnologia Acidului acetic alimentar

of 290

Transcript of Biotehnologia Acidului acetic alimentar

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    1/290

    7. BIOTEHNOLOGIA OBINERII ACIDULUI ACETIC97.1.Caracteristicile oetului alimentar ca produs finit

    7.1.1.Generaliti

    Oetul este o soluie de acid acetic diluat n ap, cunoscut i ca oet de fermentaie, care

    se obine din lichide cu coninut de alcool, prin supunerea acestora fermentaiei acetice.

    Oetul de fermentaie se obine dup natura materiei prime folosite: din vinul naturalalterat; din mal; plamada de mal supus fermentaiei alcoolice; din fructe, cnd este preparat

    din mustul de fructe; din alcool etilic obinut din industria vinului.In prezent, n lume se fabric o gam variat de sortimente de oet. Cea mai mare

    cantitate rezult prin transformarea alcoolului n fermentaie alcoolic. Se obine oet din vinuri

    albe i roii, din bere i mal, din cidru, din fructe (mere i pere, banane, mango, citrice, nuci de

    cocos), iar n Asia din alcoolul de orez. Producia mondial de oet, exprimat n acid acetic pur,

    este de peste 200mii tone, ceea ce nseamn circa 2 miliarde litri oet de 10.Dup calitile gustative, primul loc l ocup oetul din vin i cel din mal. Aceste dou

    sortimente au aprut la sfritul secolului al XVIII-lea. Cerinele crescnde de oet, cantitilelimitate de materie prim pentru prepararea oetului de vin si fabricarea relativ complicat a

    oetului din mal, au dus la fabricarea oetului din alcool etilic din vin. Din acel moment,industria oetului a cunoscut posibilitatea unei extinderi largi funcie de existenta industriei de

    alcool. Fabricarea relativ simpl a oetului din alcool a ntrit i mai mult poziia predominant aacestuia.

    L. Pasteur a fost primul care a demonstrat c acidul acetic provine prin oxidarea

    etanolului, n eviden fiind rolul microorganismelorAcetobactern aceast transformare.Pentru savant, problema esenial era de a gsi mijlocul de mpiedicare a dezvoltrii

    vegetaiilor parazite care erau pricina bolilor vinurilor. Savantul a observat, dup o serie de

    experimentri, c nu era nevoie dect s se ridice cteva secunde temperatura vinului la 50 sau60C.

    Oetul obinut n urma acestei fermentaii se prezint sub forma unui lichid incolor sau

    colorat, cu gust acru; poate fi obinut prin fermentaie acetic a lichidelor alcoolice diluate (vin,

    bere, alcool rectificat-rafinat diluat), distilarea uscat a lemnului ori diluarea acidului acetic pur.

    7.1.2.Compoziia oetului de vin

    Este caracterizat printr-un gust i o arom plcut, special, coninnd pe lng acidacetic (3-9%), o cantitate apreciabil de extract (1,5-3 g%) i sruri, printre care Kitnrtratnl Henntain a prui nre7fvnt nermite diferenierea acestuia de otetul de bere,

    7.1. Caracteristicile oetului alimentar ca produs finit

    7.1.1.Generaliti

    Oetul este o soluie de acid acetic diluat n ap, cunoscut i ca oet de fermentaie, care

    se obine din lichide cu coninut de alcool, prin supunerea acestora fermentaiei acetice.Oetul de fermentaie se obine dup natura materiei prime folosite: din vinul natural

    alterat; din mal; plamada de mal supus fermentaiei alcoolice; din fructe, cnd este preparat

    din mustul de fructe; din alcool etilic obinut din industria vinului.In prezent, n lume se fabric o gam variat de sortimente de oet. Cea mai mare

    cantitate rezult prin transformarea alcoolului n fermentaie alcoolic. Se obine oet din vinuri

    albe i roii, din bere i mal, din cidru, din fructe (mere i pere, banane, mango, citrice, nuci de

    cocos), iar n Asia din alcoolul de orez. Producia mondial de oet, exprimat n acid acetic pur,

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    2/290

    7. BIOTEHNOLOGIA OBINERII ACIDULUI ACETIC9este de peste 200mii tone, ceea ce nseamn circa 2 miliarde litri oet de 10.

    Dup calitile gustative, primul loc l ocup oetul din vin i cel din mal. Aceste dou

    sortimente au aprut la sfritul secolului al XVIII-lea. Cerinele crescnde de oet, cantitilelimitate de materie prim pentru prepararea oetului de vin si fabricarea relativ complicat a

    oetului din mal, au dus la fabricarea oetului din alcool etilic din vin. Din acel moment,

    industria oetului a cunoscut posibilitatea unei extinderi largi funcie de existenta industriei dealcool. Fabricarea relativ simpl a oetului din alcool a ntrit i mai mult poziia predominant a

    acestuia.L. Pasteur a fost primul care a demonstrat c acidul acetic provine prin oxidarea

    etanolului, n eviden fiind rolul microorganismelorAcetobactern aceast transformare.Pentru savant, problema esenial era de a gsi mijlocul de mpiedicare a dezvoltrii

    vegetaiilor parazite care erau pricina bolilor vinurilor. Savantul a observat, dup o serie de

    experimentri, c nu era nevoie dect s se ridice cteva secunde temperatura vinului la 50 sau60C.

    Oetul obinut n urma acestei fermentaii se prezint sub forma unui lichid incolor sau

    colorat, cu gust acru; poate fi obinut prin fermentaie acetic a lichidelor alcoolice diluate (vin,

    bere, alcool rectificat-rafmat diluat), distilarea uscat a lemnului ori diluarea acidului acetic pur.

    7.1.2.Compoziia oetului de vin

    Este caracterizat printr-un gust i o arom plcut, special, coninnd pe lng acidacetic (3-9%), o cantitate apreciabil de extract (1,5-3 g%) i sruri, printre care bitartratul depotasiu a crui prezen permite diferenierea acestuia de oetul de bere, fructe etc.

    Bacteriile acetice reprezint un univers specific. Pentru prima oar ele au fost izolate n

    culturi pure de ctre savantul danez Jensen. In 1879 el a reuit s obin din pelicula acetic

    dou specii de bacterii pe care. urmnd terminologia timpului, le-a

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    3/290

    2

    denumit:Micoderma acetiiMicoderma pasteurianum.Mai trziu acelai savant le-a schimbatdenumirea n Bacterium aceti i Bacterium pasteurianum, la care a mai adugat speciaBacterium kutzingianum.

    n rile vduvite de via de vie, oeturile se fermenteaz pe mal, cereale i bere.

    Acestea se deosebesc de cele de vin i alcool printr-un gust fad, neplcut i prin absena aproape

    complet a aromei. Pentru ameliorare se adaug lichidului puin vin. Metodele cele mairspndite pentru obinerea oetului sunt: metoda Orleans sau metoda francez; metoda rapida

    sau german, existnd bineneles o serie de variante intermediare.Dei durata procesuui de preparare a oetului mrete costul produsului, aceast

    perioad prezint avantaje. In acest timp, considerat "ndelungat", se formeaz substane

    aromatice (buchetul") care imprim oetului caliti superioare, tot astfel cum calitile vinului

    se mbuntesc prin pstrarea n pivni, dup epuizarea fermentaiei.Diferite specii de bacterii acetice se comport diferit fa de prezena acidului acetic n

    mediul respectiv. Introducerea n proces a bacteriilor care sunt adaptate la concentraii mari de

    acid acetic va permite obinerea unor condiii selective capabile de a proteja fabricaia att fa

    de flora strin ct i de cea format din bacterii nedorite.

    Un proces tipic de fermentaie continu l reprezint metoda rapid" de fabricare aoetului. Aceast tehnologie se poate aplica deoarece, odat nsmnat i intrat ntr-o judicioasconducere a parametrilor de cultivare, se poate produce oet ntr- o perioad foarte ndelungat.

    Una dintre problemele fundamentale ale fabricrii oetului ar fi nchiderea ermetic a

    vaselor i, legat de aceasta, instalarea unui dispozitiv care s stimuleze curentul de aer

    condiionat la o temperatur i compoziie strict determinat, precum i un dispozitiv pentru

    reglarea vitezei aerului, depindu-se, astfel, pierderile de pn la 30 % din producie,n specialdin cauza volatilizrii alcoolului i acidului acetic.

    De altfel, temperatura are o influen decisiv asupra formrii acidului acetic(oetului).

    n perioada de var temperatura trebuie s fie n jurul valorii de 35C. O dat cu sosirea

    anotimpului de var, diferena de temperatu dintre ncpere i vas se micoreaz pna cnd

    devine zero. Dar o dat cu reducerea diferenei de temperatur, se reduce i diferena de aeraiei deci i aciunea oxidant a bacteriilor. Aceasta, la rndul ei duce lao scdere a temperaturii ninteriorul vasului i, ca urmare, la o diminuare a aerisirii. n cele din urm, curentul poate fi total

    ntrerupt i funcionarea vasului s nceteze din cauza insuficienei de oxigen.Desigur exist i alte metode pentru fabricarea oetului care n principiu rezult din

    combinarea celor dou metode enunate. Astfel, exist metoda veche, de prin 1732, n care vasul

    umplut cu material convenabil (ciorchini de struguri fr boabe, talaj etc), se completeaz cu un

    lichid de fermentat i se las n repaus o jumtate de zi, dup care se introduce din nou n primulvas. Prin aceast metod pelicula bacterian se dezvolt pe toat suprafaa poroas a

    materialului i fermentaia se produce mai repede dect la metoda Orleans. Oetul din alcool poate fi considerat ca un produs finit, ns nu este comercializabil

    deoarece are un miros dezagreabil i un gust neptor i mbttor datorit prezenei dealdehide; acesta dispare fie prin oxidare, fie prin evaporare.

    Prin decantare oetul se clarific fr alt operaie. Dup aceast faz, se pritocete.

    Cnd butoaiele nu sunt bine nchise, fermentaia este foarte activ la suprafaa lichidului i cnd

    a oxidat puinul alcool pe care-1 conine, atac oetul care devine apos. Dac el coninesubstane azotate sau acizii malic i tartric este expus pericolului de a fi atacat de Bacteriumxilinumcare descompune acidul acetic, facndu-1

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    4/290

    3

    apos. Dup preparare, indiferent de metod, produsul este clarificat prin decantare i pstrat la

    10 - 15C n butoaie pline, unde sufer o oxidare lent care-i amelioreaz calitatea.Oetul alimentar este un produs de fermentaie acetic obinut prin oxidarea enzimatic

    a alcoolului etilic din unele lichide cu un coninut moderat de alcool.Oetul este o soluieapoas de acid acetic, care n funcie de materia prim din

    care se obine mai conine: glucide, alcool etilic, substane tanante, colorani, compuicu azot, vitamine, sruri minerale etc. Calitatea oetului de vin este reprezentat prin: 15 -18 g/lextract; 5-8 g/l zaharuri; 12 g/l acid tartric; 2-4 g/l sruri minerale; 0,8-1,2 g/l alcool etilic i 50-80 g/l acid acetic; aciditatea total a oetului alimentar este 9-0,3 g acid acetic la 100 grameprodus (9 aciditate ); culoare de la alb-galbui la brun-rocat.

    Concentraia total reprezint concentraia maxim de acid acetic care s-ar putea obineprin transformarea total a alcoolului din mediu de reacie, calcul utilizat n practica industrial,

    are labaz urmtoarea coresponden (pentru 100ml):

    4,6 g etanol > 5,8 mletanol * 5,9 ml acidacetic

    La concentraiile uzuale ale oetului, eroarea introdus prin acest calcul este

    nesemnificativ.Bacteriile acetice se caracterizeaz printr-o remarcabil capacitate de oxidare a

    etanolului la acid acetic la diverse valori de pR. Acestea aparin genurilor Acetobacter iGluconobacter: A. Aceti, A. Hansenii, A. orleanense, A. suboxidans, A. xilinusetc.

    Conversia etanolului n acid acetic, n procesul de fermentaie acetic aerob propune,

    mai nti, transformarea acestuia n acetaldehid, transformare catalizat de alcooldehidrogenaza

    (1). Acetaldehida este hidratat sub aciunea unei hidrolaze (2), iar aldehid-dehidrogenaza (3)conduce la acid acetic.

    H

    CH3- CH - OH CH3C H O CH3COH CH3COOH

    H

    Activitatea optim a acetobacteriilor este la pRde 3 - 3,2 la concentraia acidului aceticde 8- 10% i a alcoolului etilic de 6- 7%.

    Cultura bacteriilor acetice se menine n mediu agarizat, care conine fosfai de amoniu,magneziu i potasiu. Maiaua de bacterii selecionate se realizeaz n mediu nutritiv lichid cu

    aerare intens (1,84 nr aer pentru un litru alcool etilic absolut). Mediul nutritiv conine pentru unlitru alcool etilic absolut: 0.25 g superfosfat; 0.25 g sulfat de amoniu; 9 g carbonat de potasiu; 5g glucoz.

    Fermentaia acetic este un proces aerob exoterm, cu degajare de 455 - 490kJ/mol.

    7.1.3.Caracteristicile organoleptice i fizico-chimice ale oetului

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    5/290

    Tabelul 7.1. Caracteristicile organoleptice ale oetului de fermentaie i de distilare

    4

    Caracteristicile organoleptice ale oetului de fermentaie i de distilare sunt prezentate ntabelul 7.1.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    6/290

    5

    Caracteristicile fizico-chimice ale oetului sunt redate n tabelul 7.2:

    7.1.4. Tipuri de oet de fermentaie i caracteristici compoziionale

    Influena procesului tehnologic asupra calitii oetului de fermentaie nu este

    neglijabil i n anumite cazuri (oetul balsamic) este extrem de important. Cu toate acestea, cel

    mai important factor este materia prim. n funcie de natura materiei prime, exist cteva tipuridistincte de oet, prezentate pe scurt n continuare.

    10etul de vin. Se fabric n mod normal din vin. Totui, exist sortimente comercialecare sunt prezentate ca oet din vin", dei numai o parte din substratul iniial este format din

    vin, restul fiind un alt lichid hidroalcoolic, de obicei un amestec de spirt i ap. Se folosesc n

    general vinuri de calitate inferioar sub aspectul aciditii volatile, cu un coninut redus de

    dioxid de sulf sau alte substane care ar putea inhiba bacteriile acetice. Culoarea oetului din vinvariaz de la galben pal la rou, n funcie de sortimentul de vin folosit ca materie prim.

    Conform normelor Comunitii Europene, aciditatea total a oetului din vin trebuie s fie de

    minim 6g/l00ml, iar coninutul de etanol s fie sub 1,5% (vlv).Oetul de fructe. Oeturile de fructe sunt obinute prin fermentaia acetic a unor soluii

    alcoolice obinute din fructe. Cel mai popular produs de acest tip este oetul de mere, care are o

    culoare galben deschis i o arom specific.Oetul de orez. Se fabric n Asia, din lichide hidroalcoolice obinute prin fermentareaalcoolic a unor plmezi de orez, uneori chiar din rachiu de orez. Metodele tradiionale folosesc

    fermentaia acetic lent, dar au fost dezvoltate i procedee submerse.

    Tipul de oet Aspect Culoare Miros GustOet de

    fermentaieLimpede pn la slab

    opalescent, fr sediment sau

    corpuri strine

    Galben-rocat

    Plcut,

    caracteristic deotet

    Acru,plcut, carcteristic, fargust de talas, far alt gust

    strinOet de distilare Limpede, lucios, far

    sediment sau corpuri strineIncolor Caracteristic Acru, nici neptor, nici

    aspru, far gust strin

    Tabelul7. 2. Caracteristicile fizico-chimice ale oetuluide fermentaie i cel de distilareTipul Otet de fermentatie Otet de distilare

    Aciditatea total, n g acid acetic la 100

    ml produs (grade aciditate)9 0,3 9 0,3

    Extract, g la 100 ml produs, min 0,1 -

    Alcool metilic, g la 100 ml produs Max. 0.05 Lips

    Compui de metale grele (Pb, Cu, Zn,

    Sn)

    Lips Lips

    Acizi minerali Lips LipsColorani artificiali i caramel Lips Lips

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    7/290

    6

    Oetul din spirt. Este denumit uneori i oet alb. Se obine prin fermentaia acetic aunor substraturi obinute prin diluarea spirtului i adugarea unor nutrieni. In mod normal, acest

    tip de oet este incolor i nu are arom.Oetul balsamic. Este un produs special, fabricat printr-o tehnologie particular care

    pornete de la mustul de struguri. Imediat dup nceperea fermentaiei alcoolice a mustului (la

    aproximativ o zi de la presare), acesta este concentrat prin evaporare pn cnd volumul sereduce la o treime din cel iniial. In continuare acest substrat este supus unor fermentaiialcoolice i acetice concomitente i foarte lente. In acest timp, soluia este trecut succesiv prinbutoaie din lemn de diferite esene.

    Procesul dureaz ntre 5 i 12 ani, uneori mai mult. Produsul are un coninut ridicat de

    substan uscat, o arom special i o trie acetic de 6 -15 grade. Indicii compoziionali aioetului variaz foarte mult n funcie de materiile prime folosite i tehnologia adoptat.

    Caracteristicile unor tipuri comerciale de oet de fermentaie sunt prezentate n tabelul 7.3,

    mpreun cu caracteristicile oetului" sintetic.

    7.2.Caracteristicile materiilor prime

    Oetul este un produs cu gust acru, neptor, datorit coninutului n acid acetic. Se

    folosete n alimentaie drept condiment la acrirea unor mncruri, la marinarea legumelor,

    petelui, etc.Se obine prin dou metode: prin fermentaia acetic a unor materii prime i prin

    diluarea cu ap a acidului acetic pur (esena de oet). Dup materia prim folosit la fabricare se

    clasific n: oet de fermentaie i oet de distilare.

    Oetul de fermentaieMateriile prime folosite la fabricarea oetului de fermentaie sunt: vinul, borhotul de

    fructe, tescovina, diferite soluii alcoolice, etc. Alcoolul din aceste materii prime este

    oxidat n acid acetic n prezena aerului. Pentru ca fermentarea acetic s decurg normal, se asigur

    n lichidul supus fermentrii o concentraie alcoolic pn la maximum 12, temperatura ntre 25 i

    Tabelul 7.3. Caracteristicile unor tipuri comerciale de oetIndicatorul Tipul de oet

    Oet de vin Oet demere Oet demalt Oet dinspirt Oet deorez Oetbalsamic OetsinteticDensitate,

    kg/m31013 - 1020 1013-1024 1011-1022 1015-1020 - - 1007-1022

    Extract, g/l 8,71-24,88 19,00-35,00 3,00-28,00 1,50-6,00 - 336,7-873,9 1,00-4,50Cenu, g/l 1,47-3,10 2,00-4,50 0,60-7,60 0,20-0,50 0,50-7,60 4,00-18,80 0,20-0,50

    Aciditate total,

    % acid acetic5,94 - 9,20 3,90-9,00 4,30-5,90 11,50-12,20 4,00-5,24 6,25-14,88 4,10-5,30

    Aciditate volatil, %

    acid acetic5,55-7,95 - - -- - 3,79-5,16 3,90-13,60 -

    Acizi nevolatili,% acid acetic

    0,02 - 0,55 0,10-0,55 0,20-0,40 - 0,05-0,66 1,58-2,27 -

    Alcool etilic, % 0,00-0,81 - - 0,05-0,15 0,05-0,68 0,04-0,08 -

    Azot total, % 1,15-1,86 - 0,40-1,40 0,03-0,30 0,80-1,29 1,02-2,16 -Glucide, g/l 0,00 - 6,20 1,50-7,00 0,00-6,20 - 0,00-91,00 351,0-689,7 -

    Aldehid acetic,

    mg/l19,9-114,4 - 18,9-114,4 - - 84,9-374,7 -

    Acetat de etil, mg/l 206,0 - 590,0 - 206,0-590,0 - - -

    Acid citric, g/l 0,26 - 0,39 - 0,26-0,39 - - 1,66-3,47 -Acid mal ic, g/l 0,47 - 0,80 0,47-0,80 0,47-0,80 - - 8,00-37,40 -

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    8/290

    7

    32C, precum i diferite sruri pentru nutriia bacteriilor acetice. In asemenea condiii, activitatea

    bacteriilor acetice este optim. Vinurile destinate oetului sunt de obicei bolnave (oetite, etc), cu

    defecte sau sunt slab alcoolice. n vederea obinerii unui produs fr defecte, vinurile sunt supuse

    unor operaii de condiionare (limpezire, cupajare, etc), iar alcoolul se dilueaz pn la tria indicat,dup care i se adaug substane nutritive.

    Principiul de fabricaie al oetului const n crearea unei suprafee ct mai mari de contact

    ntre materiaprim, bacteriile lactice i aer, n vederea asigurrii unei oxidri complete a alcooluluietilic coninut de materia prim. Diferitele procedee industriale folosite pentru fabricaia oetului se

    deosebesc prin aparatura folosit.

    Orice lichid cu coninut de alcool poate fi utilizat la obinerea oetului; este cunoscut oetulde vin, fiind cel mai vechi i cel mai apreciat. Pentru obinerea unui oet de bun calitate se cere ca

    materia prim s fie din punct de vedere calitativ la nivelul cerinelor tehnologice.Pentru fabricarea oetului din vin se pot ntrebuina att vinurile albe, ct i vinurile roii.Din cauza preului de vnzare redus, la fabricarea oetului din vin nu se ntrebuineaz n

    general vinurile de calitate superioar. Se valorific vinurile alterate calitativ, dar nu toate vinurilealterate se preteaz la fabricarea oetului, sunt admise vinurile care au un inceput de oetire sau care

    au nceput s se ntind.Coninutul n alcool nu trebuie s fie prea ridicat. Cel mai bun oet este cel obinut din

    vinurile care au o concentraie de 8 - 9% alcool. Vinurile mai slabe produc un oet slab, greu deconservat; cnd gradul alcoolic este mai mare acidifierea este incomplet i neuniform, dar se poate

    corecta prin utilizarea vinurilor care pot respecta aceast cerin tehnologic.Vinurile care conin dioxid de sulf se acidifiaz greu sau chiar deloc ntruct dioxidul de sulf

    este un antiseptic puternic cu aciune inhibant.Coninutul n alcool al vinurilor trebuie s fie cuprins ntre 8- 9 volume % alcool. La un grad

    alcoolic mai ridicat al vinului, bacteriile acetice nu se dezvolt bine. Din vinurile cu un coninut maimic n alcool, rezult un oet slab, greu de conservat, cunoscndu -se c dintr-un grad de alcoolrezult un grad de acid acetic.

    Transformarea vinului n oet se face cu ajutorul bacteriilor acetice. Ele triesc la suprafaa

    vinului i formeaz o pelicul subire, mai mult sau mai puin transparent, mat sau gelatinoas.

    Temperatura optim pentru activitatea bacteriilor acetice este ntre 22 i 26C.Cu ajutorul enzimei alcoolaza, bacteriile acetice oxideaz alcoolul etilic, transformndu-1la

    nceput n aldehid acetic apoi n acid acetic.Dintre bacteriile acetice care se folosesc la fabricarea oetului, cele mai importante sunt:

    Bacterium orleanse, Bacterium xylinum, Bacterium Schutzenbachii, etc.n funcie de materia prim folosit exist oet de fermentaie obinut prin fermentarea

    acetic a lichidelor alcoolice i oet de distilare, obinut prin distilarea acidului acetic pur.Oetul de fermentaie, dup felul materiei prime folosite n fabricarea lui, poate fi din vin

    cnd este pregtit din vin natural, din mal cnd plmada de mal se supune fermentaiei acetice, din

    fructe cnd este pregtit din mustul de fructe fermentat acetic, din vin cu adaos de alcool i chiar

    numai din alcool atunci cnd la pregtirea mediului se folosesc i sruri minerale ca surse de azot,fosfor, magneziu, potasiu, etc.

    In procesul de fermentare, oxidarea alcoolului pn la acid acetic se efectueaz cu ajutorul

    bacteriilor acetice cultivate. Oxidarea are loc n czi n care se gsesc suporturi de oxidare. nultimul timp fermentarea acetic se desfoar n vase special construite i n condiii submerse. La

    aceste instalaii productivitatea este foarte mare. Ele ns nu s-au rspndit pn n prezent preamult, deoarece sunt destul de scumpe pentru a le nlocui pe cele actuale.

    Ca materii prime n fermentaia acetic sunt utilizate vinuri alterate i slab alcoolizate,

    alcooluri obinute din cereale, sfecl ori cartofi, rafinate sau diluate, sucuri de fructe, siropuri dezahr, materiale amidonase, etc.

    Acidul acetic este din punct de vedere chimic un acid alifatic, monocarboxilic. Sunt utilizaten acest scop vinurile care au nceput a se oeti, ori au nceput s se "ntind". Vinurile amare nu potfi utilizate n acest scop deoarece mirosul se accentueaz.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    9/290

    8

    7.3.Fermentaia acetic

    Fermentaia acetic este un proces aerob exoterm, cu degajare de 455-490 k J/mol.

    7.3.1.Factorii dominani n procesul de fermentare

    Viteza de conversie a alcoolului etilic la acid acetic depinde de natura microorganismelor i

    a substratului, de gradul de aerare, de temperatur i scade cu creterea concentraiei acidului aceticprezent n mediu,jBacteriile acetice din vin

    Aceast grup curpinde urmtoarele bacterii:Bacterium orleanense,care formeaz un voal subire,adeseori roz i care are tendina de a se nla pe pereii

    vasului. Are 1,3 - 2 (i n lungime i 0,3 - 0,4 |j, n lime. Poate produce 9,3% acid acetic; oetulcare ia natere este parfumat i limpede. Acetobacterium plicatum (Fuhrmann) este o bacterie

    care suport 10 - 11% alcool i produce 7,5% acid acetic, Bacterium xylinoides(Heneberg), careproduce 8% acid acetic, Acetobacter ascendens (Henneberg), izolat din oetul de vin tulbure dnatere unui voal care se rupe uor.Bacterium vini acetati(Henneberg) este izolat dintr-o fabricde oet de vin din Berlin, Bacterium xylinum (Brown), izolat din oetul de vin, se prezint subform de bastonae curbate, prezint polimorfism, suport numai pn la 7% alcool, produce

    4,5% acid acetic precum i ali produi secundari; oetul format este de calitate inferioar.Numrul microorganismelorprezint importan la nceputul alterrii, cnd viteza de

    dezvoltare a bacteriilor depinde de numrul celulelor care rmn la suprafa, reinute de forele

    capilare n contact cu pereii i cu lichidul. Dup constituirea voalului, cantitile de acid acetic

    formate devin foarte apropiate, oricare ar fi fost populaia de pornire.Temperaturaeste un factor determinant; oetirea progreseaz cu att mai repede cu ct

    temperatura este mai ridicat; aciditatea volatil format la nceputul alterrii este de 2 ori mai

    mare la 28C dect la 23C i de 2 ori mai rapid la 23C dect la 18C. Oxigenuleste n general indispensabil pentru multiplicarea bacteriilor acetice. Pentru a se

    multiplica i a realiza fermentaia acetic, bacteriile acetice au nevoie de mult aer. Doza de

    oxigen din doi litri de aer este necesar pentru formarea unui gram de acid acetic, deci pentru a

    spori aciditatea volatil a unui litru de vin cu 0,8g H2SO4.pH-ul limit pentru dezvoltarea bacteriilor acetice a putut fi determinat pe vinuri slab

    alcoolice (8% voi.). Dac la un pH mai cobort de 3,0 astfel de vinuri formeaz totui voal lasuprafa, acesta este construit din levurile micodermice de floare", 3-3,

    Gradul alcoolic este un factor nsemnat pentru dezvoltarea bacteriilor acetice. Dei ecunoscut n practic faptul c vinurile cu grad alcoolic ridicat se mbolnvesc mai rar de oetire,

    nu este totui posibil de stabilit o concentraie alcoolic peste care vinul devine inapt pentru

    nmulirea bacteriilor acetice; aceasta se datoreaz faptului c toxicitatea alcoolic este strns de

    Tabelul 7.4. Modificri ale compoziiei chimice a vinului intervenit prin transformare n oet, datorit activitilor

    bacteriilor aceticeSpecificaie Vin* Oetul de

    vin rezultatModificri % Modificri**

    Densitate 15/15C 1,0028 1,0221 +78.9 +22,4Alcool, vol% 15/15C 8,07 0,5 -93 -75,7Aciditate total [g/100 ml] 3,52 8,46 +140,6 +66,6Extract uscat la 100C [g/100 ml] 2,048 2,496 +21,8 +11,4Cenu [g/100 ml] 0,248 0,270 +8,8 +5,8Acid tartric total [g/100 ml] 0,165 0,102 -1,8 +2,3

    Tanin [g/100 ml] 0,023 0,022 -4,3 -5,2S02total [g/100 ml] 0,0023 0,006 + 160 +94,1Acetil-metilcarbinol [g/100 ml] 0,005 0,012 +140 +21,8

    Aldehide [mg etanal/100 g acid acetic] 179,9 62,4 -65,3 -38,5Indice iod [ml sol. Iod n/l00] 103,78 93,5 -9,3 -34,6Raport aciditate total/extract 1,72 3,39 +197,9 +50,3

    * dup introducerea n aparatul de acetificare** pentru valori medii a 20 probe de vinuri transformate n oet.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    10/290

    9

    cea a ionilor de H, pH-ul care va frna dezvoltarea acetobacteriilor, variz cu gradul alcoolic: pH-ul variz de la 3,0 pentru 8,5 voi. % alcool, la 3,4 pentru 12,5 voi. %. Orientativ, oetirea este un

    proces rar la vinurile de peste 12 grade alcoolice din regiunile viticole nordice i la cele de peste

    15 voi. % n cele sudice.Taninulvinului nu formeaz dezvoltarea bacteriilor acetice, dar o ntrzie mult cnd se

    afl ntr-o concentraie sporit; vinurile roze se oetesc mai uor dect cele roi corespunztoare.Consistena voalului crete cu sporirea coninutului n tanin, probabil ca urmare a insolubilitii

    acestor polifenoli.Ali factori intervin, deasemenea, n activitatea i multiplicarea bacteriilor acetice.

    Acetobacteriile nu sunt influenate de variaiile n limitele naturale a coninutului n diferiicationi a vinurilor; srurileminerale sunt ntotdeauna suficiente pentru a permite dezvoltarea lor.Proporia mare de citocromi n celulele bacteriilor acetice ar ndrepti presupunerea unei nevoi

    mai mari de fier a acestora. Reducerea sub un miligram la litru a cantitii de fier prezent n vin,

    prin tratarea cu ferocianur de potasiu sau fitat de calciu, nu sisteaz multiplicarea lor.Acetifierea industrial folosete uneori preparate pe baz de fosfai ce activeaz

    fermentaia acetic; de asemenea, fierul, manganul, srurile de uraniu, oxidul de fier coloidal i

    crbunenele animal catalizeaz dezvoltarea bacteriilor.nmulirea bacteriilor acetice solicit prezena urmtorilor aminoacizi: valina, izoleucina,

    alanina, cisteina, histidina, prolina; similarea azotului amoniacal face posibil diferenierea unorspecii.

    Cele mai multe specii au nevoie de vitamine exogene ca: acidul pantotenic, nicotinamida i

    acidul para-aminobenzoic.Fermentarea spontan n absena anhidridei sulfuroase a mustului din struguri alterai, mai

    ales la temperaturi ridicate, duce de multe ori la dezvoltarea bacteriilor acetice n asociaie de"simbioz" cu unele levuri i la formarea unor proporii mai mari de acizi volatili.

    7.3.2.Utilizarea proceselor biotehnologice la fabricarea oetului i a

    acidul ui acetic glacial

    Soluiile de acid acetic pot fi produse folosind dou categorii de procedee: chimice (oxidarea

    acetaldehidei, distilarea uscat a lemnului) i biotehnologice (fermentaie acetic).

    7.3.2.1. Fabricarea acidului acetic prin metode chimice

    Oxidarea acetaldehidei la acid acetic se realizeaz industrial n prezena unor catalizatori detipul srurilor de Fe, Ni, Mn, Co.

    Prin distilarea uscat a lemnului rezult, pe lng acid acetic i ali compui secundari.

    Acidul acetic rezult n acest caz sub forma unei soluii care conine aproximativ 10% acid acetic,

    2,5% alcool metilic, 0,5% aceton, gudroane i ali compui. Acidul acetic este transformat n sare

    de calciu i separat. Sarea se trateaz cu acid sulfuric rezultnd din nou acid acetic.Acidul acetic obinutprin ambele metode descrise mai sus se purific n continuare prin

    distilare i alte procedee chimice. Se obine n acest fel acid acetic glacial sau soluii foarte

    concentrate de acid acetic. Pe baza acestora, se pot prepara soluii de acid acetic cu concentraia

    cuprins ntre 60 - 80%, denumite de multe ori esen de oet" i care se folosesc, prin diluare,aromatizare i colorare (de cele mai multe ori cu caramel) la obinerea oetului" sintetic. Fabricarea

    n scop alimentar a acestui tip de oet" este interzis n multe ri, iar acolo unde este permis,

    proveniena produsului trebuie s fie marcat explicit.

    13.2.2. Fabricarea acidului acetic prin procedee biotehnologice

    7.3.2.2.1. Schema tehnologic general

    Indiferent de tehnologia aplicat, procedeele biotehnologice se bazeaz pe fermentaia

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    11/290

    10

    acetic a unor lichide alcoolice. Schema tehnologic general de fabricare a oetului este prezentat

    n figura 7.1.Operaiile care implic aspecte biotehnologice sunt: prepararea substratului hidroalcoolic,

    fermentaia acetic i, ntr-o mai mic msur, maturarea. Aceasta din urm se aplic selectiv, maiales n cazul oetului obinut prin fermentaie submers.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    12/290

    Prepararea substratului hidroalcoolic

    Materiile prime care pot fi folosite la fabricarea oetului sunt foarte diverse: vin, spirt

    (alcool etilic), cidru i diverse soluii alcoolice obinute prin fermentaia alcoolic a unor sucuri de

    fructe, a mierii, a mustului de mal i a unor materii prime amidonoase. Condiia esenial este s

    conin alcool etilic. Aceste materii prime se pot folosi individual sau n amestec, cu sau fr adaos

    de ap.

    Figura7.1. Schema tehnologic general de fabricare a oetului de fermentaie

    Concentraia de alcool etilic din soluia hidroalcoolic se regleaz la valori cuprinse ntre

    3,5 % (v/v)i 17 % (v/v),n funcie de tria acetic, care urmeaz s fie obinut i randamentul deconversie corespunztor tehnologiei folosite. Randamentul teoretic de conversie este prezentat odat

    cu tratarea mecanismului fermentaiei, iar randamentele practice sunt prezentate individual, nfuncie de tehnologia de fabricaie.Pe lng prezena alcoolului etilic, pentru desfurarea fermentaiei acetice n condiii bune, este

    necesar i o serie de nutrieni secundari i factori de cretere. Dac se utilizeaz ca materie primvinul sau lichide alcoolice provenite din fermentarea sucurilor de fructe i a mustului de mal,

    adugarea de nutrieni secundari nu este strict necesar. De asemenea, pn la o anumit limit,

    fermentaia acetic poate fi condus n condiii relativ acceptabile, chiar dac se folosesc amestecuri

    ntre materiile prime descrise mai sus, ap i alcool etilic. Totui, dac fraciunea reprezentat de vin,

    must de

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    13/290

    12

    mal fermentat sau de sucurile fermentate de fructe este sub 50 - 60%, este necesar adugarea unorelemente nutritive suplimentare. Anumite substane nutritive au un efect pozitiv, chiar i asupra

    substraturilor formate exclusiv din vin.Cantitatea de nutrieni utilizat i proporia dintre acetia depinde de natura substratului. De

    obicei se folosesc sruri de amoniu (sulfat de amoniu, fosfat de amoniu), de potasiu i de fosfor(sulfat de potasiu, fosfat de potasiu) i extracte de mal condiionate sub diverse forme.

    Maturarea - limpezirea

    Oetul din arjele normale se pstreaz minimum o lun n vase pentru maturare- limpezirea,

    dup care se face eventual o corecie de compoziie, urmat de filtrare, mbuteliere, depozitaretemporar i livrare. n unele cazuri este necesar i stabilizarea.

    Filtrarea oetului

    Oetul din arjele normale conine n suspensie impuriti, au aspect tulbure sau este slab

    colorat. Se procedeaz la filtrarea lui, iar uneori este cleit cu gelatin. Pentru intensificarea culorii

    oetului se adaug anumii colorani alimentari. Nu este permis adugarea n oet a substanelorconservante, artificiale, aromatizante, a substanelor cu gust iritant i sintetice ndulcitoare. Oetul

    din vin nu este pus n consum dect dup maturare, cnd s-a format aroma i buchetul sau datoritresturilor rezultate n urma reaciilor dintre acizii din oet i alcool etilic rmas nefermentat.

    7.3.2.2.2.Aspecte microbiologice si biochimice n timpul fermentaiei acetice

    Microorganismele care produc cantiti semnificative de acid acetic fac parte din genul

    Acetobacter (Acetobacter aceti, Acetobacter acetigenus, Acetobacter ascendes, Acetobacter

    hansenii, Acetobacter kutzingianus, Acetobacter liquefaciens, Acetobacter orleanense, Acetobacter

    pasteurianus, Acetobacter schutzenbachii, Acetobacter suboxidans, Acetobacter xylinus).n tabelul7.5 sunt prezentate unele caracteristici importante din punct de vedere tehnologic ale bacteriiloracetice.

    Datele din tabelul 7.5 trebuie considerate ca avnd valoare strict informativ deoarece n

    practic, n acetatoarele industriale, se pot selecta varieti care produc peste 15% (m/v)acid acetic.

    Mecanismul biologic de conversie a etanolului n acid acetic ncepe cu reacia de formare aacetaldehidei, catalizat de o alcooldehidrogenaz, conform reaciei:

    CH3CH2OH + 1/202

    Tabelul 7.5. Caracteristici importante din punct de vedere tehnologic ale unor bacterii aceticeSpecia Tria alcoolic pe care

    o suport,% (v/v)

    Producia maxim deacid acetic,

    % (m/v)

    Temperaturaoptim, C

    Acetobacter aceti 11,0 6,6 36Acetobacter acetigenus 7,0 3,0 33Acetobacter ascendes 12,0 9,0 31

    Acetobacter kutzingianus9,5

    6,7

    30

    Acetobacter orleanense - 9,3 30

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    14/290

    i

    13

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    15/290

    14

    In continuare, aldehida acetic, sub aciunea unei hidrataze, prin adiia unei molecule

    de ap se transform n

    aldehida hidratat,conform reaciei:

    /H /H

    CH3-C = 0+H20 ------------------------------XOH

    Sub aciunea unei aldehiddehidrogenaze, aldehida hidratat este convertit apoi n acid

    acetic conform reaciei:

    CH3-C^0H+l/2 02-^=^ CH3C

    /0H+H20

    OH

    Exist i o cale colateral de transformare a acetaldehidei, printr-o reacie dedisproporionare:

    /OHCH3-C

    + CH3-C +H20----------^O

    Etanolul format n acest caz se poate oxida din nou conform reaciei (7.1), iar ciclul

    poate fi reluat conform reaciei (7.4). Proporia de acid acetic care se formeaz n cursul

    fermentaiei pe aceast cale n raport cu cantitatea de acid acetic format pe calea principal nu

    este cunoscut pn n prezent.Formarea acetaldehidei ca intermediar n fermentaia acetic a fost dovedit

    experimental prin adugarea de sulfit sau bisulfit de calciu n fermentatorul acetic. Disulfitul decalciu reacioneaz cu aldehida acetic conform reaciei:

    Ca2+ (7.5)

    2

    n acest fel se blocheaz mecanismul principal al fermentaiei acetice. Produsul format

    nu este oxidat de bacteriile acetice i se acumuleaz n mediu.Randamentul teoretic de conversie a alcoolului etilic n acid acetic este de 130,4 kg de

    acid acetic la 100 kg de alcool. Dac se exprim alcoolul n grade Salleron, randamentul teoretic

    devine 0,0103 kg de acid acetic/grad alcoolic Salleron.Viteza de conversie depinde de natura microorganismelor i a substratului, de nivelul

    de aprovizionare cu oxigen, de temperatur i scade cu creterea concentraiei acidului acetic

    prezent n mediu.

    Acetobacter pasteurianus 9,5 6,2 28Acetobacter schutzenbachii - 11,0 28Acetobacter suboxidans - 2,0 19Acetobacter xylinus 7,0 4,5 30

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    16/290

    Fermentaia acetic este un proces exoterm. Conversia fiecrui mol de alcool etilic estensoit de eliberarea unei cantiti de cldur de 117 kcal.

    7.3.2.2.2.Procedee de realizare a fermentaiei acetice

    O dat asigurat coninutul corespunztor de alcool etilic i substane nutritive, pentru

    desfurarea fermentaiei acetice rmne esenial atingerea i meninerea unei anumite concentraii

    a oxigenului dizolvat. De modul n care se realizeaz aprovizionarea cu oxigen a bacteriilor acetice

    depind viteza procesului de fermentaie i, ntr-o oarecare msur, calitile senzoriale ale produsului

    finit. In funcie de viteza de formare a acidului acetic (i implicit de modul de aerare) procedeelede fermentaie acetic pot fi mprite n dou categorii: procedee lente i procedee rapide.Procedeele rapide se mpart, principial, n procedee la care contactul soluiei alcoolice cu aerul se

    face prin distribuirea acesteia pe o coloan de umplutur inert i procedee submerse.

    > Procedeele lente (tip Orleans)

    Sunt cele mai vechi tehnici comerciale de fabricare a oetului, principiul fiind cunoscut dinantichitate. Soluia alcoolic este plasat la nceput ntr-un vas cu raport diametru/nlime mare,care conine tala, tulpini de vi de vie sau alte materiale de origine vegetal (de exemplu coceni de

    porumb) care pot asigura o suprafa specific mare. Dup aproximativ 7 zile, perioad n care se

    declaneaz fermentaia acetic, lichidul este trecut ntr-un alt vas. Acesta este de obicei un butoi dinlemn de esen tare dar poate fi i o cad nchis construit din acelai material. Umplerea se face n

    aa fel nct lichidul s ocupe de la 50% pn la 70% din volumul total al vasului.In aceste condiii, fermentaia acetic se desfoar lent, numai la suprafaa lichidului, unde

    concentraia de oxigen dizolvat este suficient pentru a asigura metabolizarea alcoolului etilic de

    ctre bacteriile acetice. Se formeaz astfel un voal de fermentaie" n care numrul de bacterii

    acetice active este mare. Fermentaia dureaz ntre 8 i 14 sptmni, n funcie de compoziiainiial a soluiei alcoolice, temperatur, natura microorganismelor, suprafaa de contact lichid/aer

    etc. Dup ce fermentaia acetic se consider ncheiat, se extrage din vas o cantitate de oet

    reprezentnd 60 - 70% din volumul iniial i se nlocuiete cu materia prim. n acest fel n vasul de

    fermentaie rmne o cantitate de oet care conine un numr suficient de bacterii acetice pentrureluarea fermentaiei. Din acest moment nu mai este necesar etapa iniial , respectiv trecerea prinvasul cu umplutur.

    La unele variante ale acestui procedeu, pentru realizarea unei aerri suplimentare, soluia

    alcoolic aflat n fermentaie acetic este trecut succesiv dintr-un vas n altul.Procedeele lente se folosesc, n general, pentru obinerea unui oet cu tria de 4 - 7 grade

    acetice. Viteza sczut implic ocuparea unui spaiu de fermentaie mare, ceea ce se traduce n

    ultim instan printr-o suprafa construit mare i costuri investiionale ridicate n comparaie cucelelalte procedee. Avantajul esenial al procedeelor lente este aroma foarte fin a produsului finit.

    Atunci cnd se folosesc materii prime corespunztoare, calitile senzoriale ale oetului

    fabricat prin fermentaie lent nu pot fi obinute sub nicio form prin utilizarea

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    17/290

    16

    r

    metodelor rapide. Din acest motiv, procedeele lente sunt folosite pentru fabricarea oeturilor din

    fructe i a unor produse speciale, cum este, de exemplu, oetul balsamic.

    ^ Procedee rapide care folosesc coloane cu umplutur

    n acest caz, pentru atingerea unui nivel ridicat de oxigen dizolvat, plmada este distribuitprintr-un procedeu oarecare pe o coloan cu umplutur care asigur o suprafa mare de transfer gaz-lichid. Distribuirea plmezii se poate face continuu (cazul procedeului care folosete stropirea

    uniform a prii superioare a coloanei cu substrat) sau discontinuu (prin necarea" periodic cu

    substrat a coloanei, urmat de scurgerea substratului).Prima variant este utilizat mai frecvent deoarece regimul de aerare fluctueaz mai puin i,n consecin, fermentaia acetic decurge n condiii mai bune, att sub aspectul randamentului ct

    i al vitezei. Umplutura este format, de obicei, din tala de fag rou, dar se poate folosi i talaul de

    stejar, spuma de mare, cocsul sau mangalul tratat n prealabil cu HC1 diluat. Densitatea icapacitatea de mbibare a unor materiale de umplutur sunt prezentate n tabelul 7.6.

    Cel mai rspndit acetator cu umplutur este aparatul Frings,prezentat n figura7.2.

    Proiectat n secolul al XlX-lea i perfecionat pe parcurs, aparatul Frings a constituitprincipalul tip de acetator utilizat pn la dezvoltarea industrial a fermentaiei acetice submerse.

    Acetatorul Frings este format dintr-un vas tronconic cu nclinaie mic (1) n interiorul cruia estefixat, ntre dou grtare (5,5), o coloan de umplutur (2).Volumul acetatoarelor uzuale este de1 0 - 2 5 m3.

    Soluia alcoolic parial acetificat, colectat la partea inferioar a aparatului, este

    recirculat continuu cu ajutorul unei pompe (15)i mprtiat cvasiuniform de un distribuitor (11)pe suprafaa superioar a umpluturii. Distribuitorul trebuie s asigure o mprtiere uniform a

    soluiei, pentru realizarea unei suprafee de transfer gaz/lichid ct mai mare, n cursul curgeriigravitaionale.

    n contracurent cu lichidul prin coloan circul cureni de aer proaspt. Aerul intr prin

    orificii (2) distribuite n seral pe toat nlimea aparatului i iese printr-un racord montat la parteasuperioar a acetatorului. Pentru recuperarea parial a vaporilor de acid acetic care prsesc incinta

    de fermentaie odat cu aerul se folosete uneori un condensator(10).Cantitatea de cldur care se formeaz n cursul fermentaiei acetice industriale este de

    aproximativ 10 600 kJ/kg de alcool etilic metabolizat. Cea mai mare parte din aceast cldur este

    transferat fluxului de aer, care circul prin acetator, i mediului exterior. Totui, n anumite condiii,

    dac viteza de conversie a etanolului n acid acetic crete peste o anumit limit sau temperatura

    mediului exterior este ridicat, este necesar preluarea excesului de cldur prin intermediul unui

    schimbtor de cldur (14).

    Tabelul7.6. Caracteristicile unor materiale de umplutur folosite la fabricarea oetuluiCaracteristici Tala de fag Tala de

    mesteacnMangal Spum de

    mareCocs

    Densitatea, kg/ m 180 -225 160 -240 -430 -450Capacitatea de absorbie, m /kg 40 - 450 -200 -280 260 - 370 8

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    18/290

    17

    Figura 7.2. Acetatorul cu coloan de umplutur Frings:

    I - corpul acetatorului; 2 -orificii de admisie a aerului; 3- grtar inferior; 4- termometru; 5 - grtar superior; 6 -racord de evacuare a aerului din acetator; 7 - racord de ieire a agentului de rcire; 8- racord

    de evacuare a aerului din condensator; 9 -racord de intrare a agentului de rcire; 10 -condensator;II -dispozitiv de stropire; 12- coloan de umplutur; 13 -racorduri pentru agentul de rcire; 14 -

    schimbtor de cldur; 15-pomp; 16 -racord de evacuare

    Se consider c regimul termic normal de funcionare corespunde urmtoarelor plaje de

    temperatur, distribuite pe nlimea coloanei: 22 - 26C n partea superioar; 26 - 28C n zonacentral i 30 - 34C n partea inferioar. Msurarea temperaturii se face cu o serie de termometre (4)dispuse pe nlimea coloanei.

    Meninerea sub control a procesului de fermentaie se poate face acionnd asupra a trei

    parametri: debitul de aer proaspt (se modific prin obturarea sau deschiderea orificiilor de aerisire

    2); temperatura lichidului distribuit pe seciunea superioar a coloanei (prin modificarea

    debitului/temperaturii agentului de rcire folosit la schimbtorul de cldur) i gradul de recirculare(se modific debitul de lichid pompat).

    La prima pornire a aparatului se folosete un amestec de materie prim i soluie alcoolic

    aflat n stare de fermentaie acetic (cuib de oet), preluat dintr-un alt acetator, aflat n regimnormal de funcionare. Deoarece prima pornire este un proces delicat, este recomandabil s se

    urmreasc cu atenie temperaturile n cele trei zone ale umpluturii i s se intervin dac este

    necesar prin modificarea debitului de aer sau a regimului de pompare.Dac, cantitatea de cuib aflat la dispoziie este redus se adopt, de obicei, un regim iniialintermitent de pompare. Fermentaia acetic se conduce pn la un coninut remanent de alcool etilicde circa 0,2%. n acest moment se extrage rapid 50 - 70% din oetul aflat n aparat, se ncepe imediatalimentarea treptat cu materie prim, urmrind regimul de temperatur, i se reia ciclul de

    funcionare.In regim normal de funcionare un ciclu de producie a aparatului dureaz 8-12 zile pentru un

    oet cu tria de 9 grade acetice. Acetatorul Frings poate produce, n condiiile unor costuri

    rezonabile, oet cu tria de pn la 12 grade acetice. Desigur c n acest caz durata unui ciclu crete.Pentru un anumit volum dat al aparatului i al coloanei de umplutur, productivitatea

    depinde de durata ciclului de funcionare care, la rndul lui, este dependent de productivitatea

    unitii de volum a umpluturii. n general, aceasta are n 24 de ore o medie de 2,0 - 4,5 kg acidacetic/m umplutur. Productivitatea este influenat de natura bacteriilor acetice i modul de

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    19/290

    18

    conducere a fermentaiei. Mai mult, productivitatea prii superioare a coloanei este semnificativ mai

    mare dect cea a prii inferioare. Astfel, n timp ce n primele straturi de umplutur se convertete n

    acid acetic aproximativ 40% din alcoolul etilic prezent iniial, n straturile inferioare conversia scade

    pn la 4%.Randamentul practic al acetatoarelor Frings este cuprins ntre 75% din randamentul teoretic

    (dac nu sunt prevzute cu condensator i condiiile generale de funcionare sunt defectuoase) i

    90% din randamentul teoretic (dac sunt prevzute cu condensator i regimul de funcionare este

    corespunztor). Fraciunea cea mai mare a pierderilor (pn la 90% din pierderile totale) este

    format din acidul acetic pierdut prin evaporare.

    Procedeele care se bazeaz pe necarea periodic a umpluturii folosesc baterii de 2-10vase,care funcioneaz mpreun. necarea umpluturii se face numai de jos n sus. Fiecare acetator esteinundat succesiv i periodic cu aceeai cantitate de soluie alcoolic aflat n fermentaie acetic. n

    general, inundarea se face prin pompare dar, n cazul bateriilor de dou acetatoare, se poate face i

    prin dezlocuirea soluiei cu aer comprimat. Durata unui ciclu complet este mai mare dect la

    acetatorul Frings (10-30 de zile), iar randamentul de transformare este asemntor (pn la 85%din randamentul teoretic).

    > Procedee care folosesc fermentaia submers

    Dezvoltarea industrial a fermentaiei acetice submerse a avut loc treptat, dup 1950, pebaza experienei acumulate n producia submers de antibiotice. n cazul fermentaiei acetice

    submerse, suprafaa de transfer gaz/lichid creat cu ajutorul umpluturii n cazul acetatoarelor clasiceeste nlocuit cu suprafaa unor bule de aer cu dimensiuni mici, distribuite n numr foarte mare n

    toat masa lichidului aflat n fermentaie. n plus, cuibul de oet" folosit la acetatoarele cu

    umplutur este nlocuit adeseori cu culturi selecionate de bacterii acetice.La unele dintre primele acetatoare care foloseau fermentaia submers, pentru distribuirea

    bulelor de aer a fost folosit o plac groas de sticl sinterizat. n prezent, instalaiile industriale deobinere a oetului prin fermentaie submers utilizeaz bioreactoare de diverse tipuri (Vogelbusch,

    B.M.A., Chemap etc.) adaptate corespunztor, la care generarea unei suprafee de contact ct mai

    mare ntre aer i lichid se face prin mijloace mecanice. Un acetator tipic din aceast clas este format

    dintr-un vas de oel inoxidabil, acido-rezistent sau polipropilen armat cu fibre de sticl, un sistemmecanic de distribuire a aerului sub form de bule cu diametru mic (turbin cu sau fr autoaspiraie,

    fie un injector special combinat cu un sistem de palete pentru realizarea unui regim puternicturbionar), suprafee de transfer termic montate n interior sau un schimbtor de cldur extern,

    sprgtor de spum (de obicei de tip mecanic, cu elementeactive), condensator pentru recuperareavaporilor de acid acetic, aparatur de automatizare i control specific.

    Printre altele, aceasta trebuie s cuprind elemente pentru msurarea temperaturii, a

    coninutului de oxigen dizolvat ipOi),a coninutului de alcool i a nivelelor de lichid i spum dinaparat. Conducerea procesului se realizeaz n general automat, uneori cu calculator de proces, prin

    reglarea continu a temperaturii i a coninutului de oxigen dizolvat.n momentul n care coninutul rezidual de alcool etilic atinge 0,2%, se extrage automat 30 -

    50 % din volumul de lichid din acetator i se nlocuiete treptat (pentru meninerea temperaturii n

    plaja optim pentru bacteriile acetice) cu materie prim. Productivitatea unui astfel de aparat depindede nivelul de aerare (5-15 m3aer/m3de soluie x or) i de eficacitatea cu care acesta este distribuitsub form de bule fine.

    o

    Un acetator submers tipic poate produce 25 - 30 kg de acid acetic/m de volum util n 24 deore. Volumul util este, de obicei, 60 - 70% din volumul total. De exemplu, n cazul unui acetator cuun volum util de 21m3, la care se extrage pe ciclu o treime din soluia acetic, durata fermentaieipentru o trie final de 12grade acetice este de aproximativ 30 de ore. Randamentele obinute suntnet superioare n raport cu acetatoarele cu umplutur, putnd atinge 98% din randamentul teoretic.

    Prin fermentaie submers se pot obine soluii cu o trie acetic de pn la 15 grade. Dac se

    urmrete obinerea unei concentraii mari de acid acetic, se separ fermentaia n dou trepte, care sedesfoar n bioreactoare diferite, cu culturi diferite i parametri specifici. Din punctul de vedere al

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    20/290

    19

    operrii, acetatoarele submerse sunt mai sensibile dect cele cu coloan de umplutur, deoareceabsena aerrii pe durate chiar foarte scurte (sub 1min) provoac o reducere major a numrului debacterii acetice active, cu repercusiunile corespunztoare asupra duratei ciclului i a randamentului.

    Astfel de evenimente sunt evitate prin utilizarea unor surse de rezerv pentru alimentarea cu energiei a unor sisteme de automatizare cu siguran mare n exploatare.

    Oetul produs prin fermentaie submers este mult mai tulbure i ceva mai puin aromat

    dect cel produs n acetatoare cu umplutur. Din aceste motive este supus unei operaii de

    limpezire/filtrare i se las uneori la maturare/nvechire n butoaie de lemn. Se obine astfel un oet

    bogat n principii biologice, rezultate n urma autolizei celulelor bacteriene.

    Privit global, dintre tehnicile prezentate, fermentaia submers este cea mai avantajoas dinpunct de vedere economic, mai ales dac preul unitii de suprafa construit este mare. Acest tipde fermentaie acetic a permis construirea unor linii de producie pentru acid acetic glacial de

    origine biologic. n acest scop, acidul acetic de fermentaie se extrage cu acetat de etil, se separ i

    se concentreaz prin distilare.

    FOLOSIREA ENZIMELOR l MICROORGANISMELOR LAFABRICAREA SPIRTULUI

    MATERIILE PRIME

    Materiile prime folosite pentru fabricarea alcoolului prin fermentatie se clasifica astfel:

    1. Materii prime amidonoase:

    - cereale: porumb, grau, secara, orz etc.

    - rdcini si tuberculi: cartofi, rdcini de manioc, tuberculi de batate

    2. Materii prime zaharoase:

    - sfecla si trestie de zahar

    - melasa din sfecla si trestie;

    3. Materii prime celulozice:- deeuri din lemn;

    - lesii bisulfitice rezultate la fabricarea celulozei

    4. Materii prime care conin inulina si lichenina

    Cele mai utilizate materii prime sunt cerealele, cartofii si melasa. In continuare este prezentata compoziia

    chimica a principalele materii prime.

    Tabelul 1Compoziia chimic a unor cereale folosite la fabricarea alcoolului

    Tabelul 2

    Compoziia chimic a cartofilor (valori medii)

    Componentul Porumb Secar Gru Orz OvzUmiditate, % 13,3 13,4 13,6 13,0 13,0

    Substane extractive neazotate, % 67,9 68,1 67,9 65,7 58,5din care amidon 59,1 58,0 60,0 55,0 40,0Proteine 9,6 12,9 12,4 11,8 10,9Lipide, % 5,1 2,0 1,8 2,3 4,7Celuloz, % 2,6 1,7 2,5 4,4 9,5Substane minerale, % 1,5 1,9 1,8 2,8 3,4

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    21/290

    Componentul %

    Umiditate, % 75,0

    Substane extractive neazotate, % 20,85din care amidon, % 18,0Proteine 2,0Lipide, % 0,15Celuloz, % 1,0Substane minerale, % 1,0

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    22/290

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    23/290

    Figura 1. Schema bloc a fabricrii alcoolului din cereale i cartofi (procedeu fr fierbere sub presiuneDSA)

    MATERIILE AUXILIARE

    Materiile auxiliare sunt formate din: mal verde, preparate enzimatice, sruri nutritive i factori de cretere

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    24/290

    - Folosirea enzimelor i microorganismelor la fabricarea spirtului 199

    pentru drojdii, acid sulfuric pentru acidifiere, antispumani i antiseptici, dezinfectani.

    Malul

    Din punct de vedere al biotehnologiei intereseaz malul verde care se obine asemntor cu malul pentru

    bere, dar durata de germinare este mai mare. Malul se folosete pentru coninutul su n a- i p-amilaz, enzime

    de lichefiere i zaharificare a plmezilor. Din punct de vedere al calitii, malul verde se apreciaz dup:

    - aspectul exterior;

    - activitate a-amilazic (uniti SKB care reprezint grame de amidon solubil, dextrinizat de ctre 1g mal

    verde timp de 60 minute, la 20C n prezena unui exces de p- amilaz);

    - activitate p-amilazic (uniti Windish-Kobach-WK) care reprezint grame de maltoz rezultat prin

    aciunea extractului provenit din 100g mal verde asupra unei soluii de amidon solubil 2% n timp de 30

    min la 20C i pH 7,4.Aprecierea malului n funcie de activitatea a- i p-amilazic este artat n tabelul

    7.3.

    Tabelul 7.3

    Aprecierea calitii malului n funcie de activitatea a i p-amilazic*

    * - raportare la substan uscat

    Necesarul de mal verde se poate calcula cu relaia:

    n care: Mveste cantitatea de mal verde necesar pentru 100 kg cartofi sau cereale, kg

    Ca- cifra de amiloz, constant specific pentru fiecare tip de materie prim (C a= 1054 pentru porumb i

    Ca= 1,001pentru gru);

    A -coninutul n amidon al materiei prime, %; a- activitatea a-

    amilazic a malului verde, SKB.

    Malul verde se UTreaza s_c *'ormde ac:e ae sadncare caz malul verde se macin umed Tn norcu c sc

    sa- ciocane ca~::a:ea ae ac fcsos: fiind 250-300 1/100 kg mal verde). Laptele de sia3 se cez'''ecrrsaza c-

    *orma -a ^ Zz:ac^gat n proporie de 150-200 ml/1000I plmad.

    Preparatele enzimatice de origine microbian

    Preparatele enzimatice de origine rr crob ian ca'e : ' e z_ e s cc " . n enzimele de degradare aamidonului la zaharuri fermentescib e. se po u: za r _'~a:oare!e scopuri:

    - pentru moderarea parametrilor tehnologici de prelucrare - drotenmic a materiilor

    prime n vederea zaharificrii;

    Calitatea malului verde Activitate a-amilazic (SKB) Activitate p-amilazic (WK)

    Excepional - >450Foarte bun >64 401-450

    Bun 53-64 351-400Satisfctoare 41-52 300-350

    Nesatisfctoare

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    25/290

    - pentru nlocuirea parial a malului;

    - pentru nlocuirea total a malului.

    n primul caz, preparatele enzimatice termostabile se folosesc pentru o lichefiere prealabil tratrii termice

    la parametrii maximi, respectiv se gelatinizeaz i se fluidific amidonul din materia prim la temperatur i durat

    de fierbere mai mici dect atunci cnd nu se utilizeaz adaos de enzime. Preparatul enzimatic folosit este de tipul

    Termamyl-ului care acioneaz la 90-92C pentru lichefiere, dup care fierberea se face la temperaturi mai

    sczute n care caz avem urmtoarele avantaje: economie de abur; randament mai mare n alcool.

    n cel de-al doilea caz, prin folosirea preparatelor enzimatice alturi de malse poate nlocui parial malul

    verde, mai ales atunci cnd acesta are o activitate enzimatic mai redus. Cantitatea de mal verde poate fi

    sczut cu pnla 80% din cea necesar (n general 80-100 kg/ton de amidon).

    n cel de-al treilea caz malul verde se nlocuiete total cu preparate enzimatice ceea ce prezint

    urmtoarele avantaje: comoditate n utilizarea i pstrarea preparatelor enzimatice n comparaie cu malul verde;

    necesit doze mai mici care sunt mai ieftine n comparaie cu malul verde, la dozele utilizate n practica

    industrial;

    preparatele enzimatice nu introduc n circuit microorganisme de infecie a plmezilor;

    au aciune mai eficientn fluidificare (dextrinizare), fluidificare-zaharificare, n funcie de felul preparatului

    enzimatic i etapa n care se utilizeaz.

    Preparatele enzimatice utilizate n industria spirtului pot aparine la una din urmtoarele grupe (tabelul 7.4):

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    26/290

    _______ - Folosirea enzimelor i microorganismelor la fabricarea spirtului____________________ 200

    Malul verde se utilizeaz sub form de lapte de slad, n care caz malul verde se

    macin umed (n mori cu disc sau ciocane, cantitatea de ap folosit fiind 250-300 1/100 kg

    mal verde). Laptele de slad se dezinfecteaz cu formalin 40% adugat n proporie de

    150-200 ml/1000 I plmad.

    Preparatele enzimatice de origine microbian

    Preparatele enzimatice de origine microbian care trebuie s conin enzimele de degradare aamidonului

    la zaharuri fermentescibile, se pot utiliza n urmtoarele scopuri:

    - pentru moderarea parametrilor tehnologici de prelucrare hidrotermic a materiilor prime n vederea

    zaharificrii;

    - pentru nlocuirea parial a malului;

    - pentru nlocuirea total a malului.

    n primul caz, preparatele enzimatice termostabile se folosesc pentru o lichefiere prealabil tratrii termice

    la parametrii maximi, respectiv se gelatinizeaz i se fluidific amidonul din materia prim la temperaturi durat

    de fierbere mai mici dect atunci cnd nu se utilizeaz adaos de enzime. Preparatul enzimatic folosit este de tipul

    Termamyl-ului care acioneaz la 90-92C pentru lichefiere, dup care fierberea se face la temperaturi mai

    sczute n care caz avem urmtoarele avantaje: economie de abur; randament mai mare n alcool.

    n cel de-al doilea caz, prin folosirea preparatelor enzimatice alturi de malse poate nlocui parial malul

    verde, mai ales atunci cnd acesta are o activitate enzimatic mai redus. Cantitatea de mal verde poate fisczut cu pn la 80% din cea necesar (n general 80-100 kg/ton de amidon).

    n cel de-al treilea caz malul verde se nlocuiete total cu preparate enzimatice ceea ce prezint

    urmtoarele avantaje:

    comoditate n utilizarea i pstrarea preparatelor enzimatice n comparaie cu malul verde;

    necesit doze mai mici care sunt mai ieftine n comparaie cu malul verde, la dozele utilizate n practica

    industrial;

    preparatele enzimatice nu introduc n circuit microorganisme de infecie a plmezilor; au aciune mai eficient n fluidificare (dextrinizare), fluidificare-zaharificare, n funcie de felul preparatului

    enzimatic i etapa n care se utilizeaz.

    Preparatele enzimatice utilizate n industria spirtului pot aparine la una din urmtoarele grupe (tabelul 7.4):

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    27/290

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    28/290

    Tabelul 7.4

    Preparatele enzimatice folosite n industria spirtului ale firmei NOVO-NORDISK i AMB

    TEHNOLOGIA DE FABRICARE a ALCOOLULUI DIN MATERIALE

    AMIDONOASE

    Din punct de vedere biotehnologic, la fabricarea spirtului din cereale i cartofi, intereseaz operaiile de

    fierbere, zaharificare i fermentare.

    1. Fierberea

    Fierberea se poate realiza prin dou grupe de procedee: procedee cu fierbere sub presiune a materieiprime (HDV) i procedee fr fierbere sub presiune (DSA).

    Din punct de vedere al desfurrii procesului, att fierberea sub presiune ct i cea fr presiune poate fi

    continu sau discontinu.

    Fierberea sub presiune are urmtoarele dezavantaje:

    consum de energie termic mai ridicat (~ 660-800 MJ/hl alcool absolut);

    se formeaz substane melanoidinice i caramel datorit temperaturii ridicate de fierbere (> 130 C) ceea

    ce antreneaz pierderi de zaharuri fermentescibile; plmezile obinute nu sunt omogene iar borhotul furajer are o valoare nutriional mai redus.

    La fierberea fr presiune, este necesar s se realizeze o mrunire optim a materiilor prime pentru a se

    obine randament maxim n alcool, cu consum minim de energie. Energia de mrunire este de 20 -40 MJ (5-10

    kWh/hl alcool, respectiv 20-25 kWh/ton cereale). Mcinarea poate fi uscat, umed, uscat-umed.

    n funcie de modul n care se realizeaz mrunirea, procedeele de fierbere fr presiune (DSA) pot fi:

    Grupa i preparatul Sursa de obinere Temperaturaoptim, C

    pH-uloptim

    Dozefolositeml/ton

    Enzime de fluidif icare dextr inizare

    a-amilaze bacteriene termodurice B. licheniformis 80-85 6-6,5 150-400B- licheniformis 90-95 5-7 100-200B. stearothermophilus 70-90 5-7 400-600

    a-amilaze bacteriene termostabile B. subtilis 65-75 6-7 200-500Enzime de fluidif ic are zaharif icare

    a-amilaze fungice Aspergillus oryzae 50-60 5-6 100-150Aspergillus oryzae 50-55 5-6 150-300

    Enzime de zaharif icareamiloglucozidaza Aspergillus niger 55-60 4,5-5 800-1200

    Aspergillus niger 50-55 5,0-6,0 800-1200Aspergillus niger 55-65 750-800

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    29/290

    - Folosirea enzimelor i microorganismelor la fabricarea spirtului ____________________ 202procedee DSA cu mcinare uscat (procedeul Grosse -Lohmann-Spradau artat n fig. 7.2);

    Figura 7.2. Procedeul Grosee-Lohmann-Spradau1-transportor; 2-moar; 3,5-pompe; 4-fierbtor Henze; 6-zaharificator

    - procedee DSA cu mcinare umed (procedeul Westphal artat n fig. 7.3);

    Figura 7.3. Procedeul Westphal1-alimentare cu materie prim; 2-moar; 3-evacuare corpuri strine; 4, 10, 13 - pompe; 5- schimbtor de cldur; 6-spre

    fermentare; 7-

    ap de rcire; 8

    -

    fierbtor Henze; 9

    -zaharificator; 11-

    alimentare cu aburcnd nu se recupereaz cldur din

    borhot; 12-alimentare cu abur cu recuperare de cldur din borhot SRV); 14- tanc de borhot; 15- vas de destindere; 16-

    ejector; 17-introducere enzime; 18-alimentare cu ap pentru mcinare

    _____ - Folosirea enzimelor i microorganismelor la fabricarea spirtului____________________ 203

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    30/290

    procedee DSA cu mcinare uscat-umed (procedeul Dinglinger i Klisch i procedeul Klisch artat nfig. 7.4);

    Figura 7.4. Schema procedeului DSA cu funcionare continu (dup Klisch, 1993)1-alimentare cu abur; 2-ap, borhot; 3-cc-amilaz; 4-materia prim; 5-moar cu ciocane; 6-schimbtor de cldur n spiral; 7-ap

    de rcire; 8

    -

    schimbtor de cldur cu plci; 9

    -

    ap cald; 10

    -omogenizator; 11-spre fermentare; 12-

    plmad de drojdie ; 13

    -

    fierbtor Henze; 14-vas de leie; 15-vas de fludificare final; 16- amiloglucozidaz; 17-ejector; 18-dispozitiv pentru msurarea i

    reglarea temperaturii

    - procedee fr presiune dar cu dispersia materialului cu ajutorul unui dispergator de tip Ultra-turax

    montat n zaharificator (fig. 7.5).

    Figura 7.5. Procedeul prin dispersie DMV cu recircularea borhotului (dup Piper i Senn, 1985)1-cereale (boabe); 2-enzime; 3-ap; 4-aparat de plmdire i dispersie; 5-alimentare cu abur a mantalei; 6-agitator; 7-ap de rcire, 8-evacuare condens; 9-plmad dulce; 10-dispergator; 11 -lin de fermentare; 12-

    plmadfermentat; 13-abur; 14-aparat de distilare; 15-borhot; 16-alcool; 17-vas de sedimentare borhot; 18-drojdie; 19-borhot concentrat (furajare); 20-borhot lichid; M-motor, P-pompe

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    31/290

    Procedeul prin dispersie (DMV) prezint urmtoarele avantaje:

    pot fi prelucrate toate tipurile de materii prime amidonoase cu randamente ridicate n alcool (~ 66 I alcool

    absolut /100kg amidon); se poate obine un grad de mrunire optim al materiei prime prin controlul granulaiei;

    se poate realiza o economie de energie de 80% fa de procedeul de fierbere cu

    presiune i de 30% fa de celelalte procedee de fierbere fr presiune;

    borhotul este recirculat, iar n final borhotul obinut are o calitate superioar;

    se disponibilizeaz fierbtorul Henze care poate fi folosit n alte scopuri (rezervor de

    ap cald sau pentru fermentare);

    se micoreaz consumul de ap de rcire, mai ales dac se folosesc schimbtoare de cldur cu plci

    pentru plmada zaharificat;

    ntr-un singur utilaj se realizeaz mrunirea, lichefierea i zaharificarea amidonului din cereale i cartofi.

    Avnd n vedere folosirea enzimelor NOVO i ABM, n fig. 7.6, 7.7, 7.8, 7.9 se prezint schiele simplificate

    de fierbere discontinu i continu sub presiune i fr presiune cu etapele de utilizare a enzimelor n vederea

    realizrii scopurilor urmrite.

    Figura 7.6. Locul de adaos a enzimelor la fierberea discontinu sub presiune acartofilor i cerealelor

    1- fierbtor Henze; 2-separator de abur; 3-zaharificator; 4-cuva de fermentare

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    32/290

    Figura 7.7. Locul de adaos al enzimelor la fierberea discontinu fr presiune a materiilor primeamidonoase mrunite

    1-amestector; 2-pomp de recirculare; 3-vas pentru diluare; 4-zaharificator

    n legtur cu folosirea preparatelor enzimatice trebuie s se fac urmtoarele precizri:

    pentru Termamyl i BAN se recomand s se urmreasc ca valoarea pH -ului s fie n intervalul 5,6-

    6,5. Aceasta se obine prin adugare de var, ionii de calciu contribuind la stabilizarea preparatelor enzimatice.

    Concentraia ionilor de calciu nu trebuie sfie mai mic de 50 mg/l pentru Termamyl i Fungamyl i 100 mg/l

    pentru BAN. Duritatea apei de 1 mech/l corespunde la 20 mg Ca/l iar dac la prelucrarea cerealelor sefolosete apa cu duritate mai mic de 2,5 respectiv 5 mech/l, este necesar s se foloseasc fie adugarea

    ionilor de Ca sub form de var la prelucrarea cerealelor, fie sub form de Ca(OH)2la prelucrarea cartofilor.

    Figura 7.8. Locul de adaos al enzimelor la fierberea continu sub presiune a materiilor prime amidonoasemrunite

    1-amestector; 2-cap de contact cu vapori de ap; 3-fierbtor tubular sau coloane de fierbere; 4- separator deabur cu recircularea acestuia; 5-sisteme de rcire; 6-zaharificator

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    33/290

    Figura 7.9. Locul de adaos al enzimelor la fierberea continu fr presiune a materiilor prime amidonoasemrunite

    1-amestector; 2-injector; 3-aparate (utilaje) de fermentaie la cald; 4-sistem de rcire; 5-zaharificator; 6-rcitor

    Temperaturile optime pentru activitatea preparatelor enzimatice de lichefiere (fluidificare) a amidonului (a-

    amilaze) depind de pH i de coninutul de ioni de calciu din plmad.

    Enzimele de fluidificare -zaharificare (Fungamyl) sau cele de zaharificare Spirizym i San Super

    acioneaz mai bine la valori pH mai mici, iar dac pH-ul amestecului mcintur/ap este mai mare de 6,0,acesta va scdea pn la pH 5,5 cu acid sulfuric.

    Culoarea pe care o d plmada zaharificat cu iodul trebuie s fie galben. Dac culoarea este brun sau

    chiar violet, zaharificarea nu este complet, de aceea ea trebuie continuat la fermentare prin adaos de enzim

    de zaharificare. n acest sens, dup rcirea plmezii la 60C se recomand s se adauge 100 ml San Super sau

    100 ml Spirizym sau 20 ml Fungamyl la 100 I plmad. Dup meninere timp de 60 minute la temperatura de 55-

    60C, pH-ul se corecteaz la 3,2-3,8, se rcete la 30C i se introduce cultura de drojdie.7.3.2. Fermentarea plmezilor de cereale i cartofi

    Pentru fermentarea plmezilor dulci se pot folosi:

    drojdii lichide pregtite (cultivate n fabric);

    drojdii speciale pentru alcool uscate sau sub form comprimat;

    drojdii de panificaie

    Criteriile de caracterizare i selecionare a drojdiilor pentru fabricarea spirtului sunt urmtoarele:

    capacitatea i viteza de fermentare, tolerana la alcool, osmotolerana, capacitatea de formare a produselor

    secundare, rezistenafa de antiseptice.

    Drojdia lichid pregtit n fabric implic urmtoarele etape de obinere:

    - cultura de laborator care se obine din cultura pur (inoculum) de drojdii selecionate

    pentru spirt, care se multiplic pe un mediu de must de mal steril, n cteva trepte pn se ajunge la o cantitate

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    34/290

    de cultur n baloane de 5 I must, cu care se pot nsmna 50 I plmad special n vasul pentru cultura de

    producie. Mediul de cultur (must de mal cu

    concentraie 12-15% extract) se acidific pn la 0,8D i dupnsmnare cu inoculum se

    termostateaz la 30C timp de 20-24 ore;

    - cultura de producie se obine pe plmezi speciale pentru drojdie preparate din materia

    prim amidonoas de bun calitate, prelucrat hidrotermic i zaharificat. Plmada special pentru cultura de

    producie se acidific fie prin adaos de H2S04fie pe cale fermentativ

    (producere de acid lactic de ctre bacterii lactice) .

    Pentru pregtirea culturii de producie cu acidulare cu H2SO4 se procedeaz astfel: plmada special

    zaharificat se aduce la 50-52C i se acidific pn la o aciditate de 0,7- 0,8D pentru plmada din cereale i 0,8-

    0,9D pentru plmada din cartofi corespunztoare unui pH de minimum 3,6. n aceast plmad special rcit la

    30C se introduce cultura de laborator reprezentnd 10% fa de plmad. Fermentarea se conduce la maximum

    30C pn la scderea extractului plmezii de la 16-18% la 5,5-6%. Cultura de producie astfel obinut se

    folosete la fermentarea plmezii necesar obinerii spirtului. Din cultura de producie se oprete o cantitate ce

    reprezint inoculul pentru o nou arj de cultur de producie.

    Pentru pregtirea culturii de producie prin acidifiere biologic se procedeaz n felul urmtor: plmada

    special zaharificat, cu temperatura de 52...55C: se nsmneaz cu o cultur de Lactobaci l lus delbruecki i

    care n timp de 24 ore formeaz acid lactic pn la o aciditate de 2,0 -2,2D la plmezile de cartofi i 1,7-2,0D la

    plmezile de cereale.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    35/290

    - Folosirea enzimelor i microorganismelor la fabricarea spirtului 32

    siguranei n conducerea fermentrii drojdia trebuie s fie de bun calitate, cu numr mare de celule vii, cu numr

    redus de microorganisme strine. Drojdia, sub form de suspensie ntr-o cantitate mic de plmad zaharificat,

    se trateaz cu H2S04pn la1,8-2D cu meninere timp de 1 or. n aceste condiii, microorganismele de infecie

    i celulele de drojdie slabe sunt distruse.

    Fermentaia plmezii principale dureaz 72 ore la 20-30C i cuprinde trei faze:

    - faza iniial ~ 22 ore;

    - faza principal ~ 18 ore;

    - faza final ~ 32 ore.

    Pentru scurtarea duratei de fermentaie pn la 48 ore se folosesc urmtoarele metode:

    - pornirea fermentaiei la temperaturi mai ridicate de 24-25C, n care caz faza iniial se reduce la 4-6 ore;

    - folosirea la obinerea plmezii a borhotului lichid recirculat (maximum 60%) prin care se declaneaz mai

    rapid fermentaia, scurtndu-se faza iniial de 2-3 ore;- utilizarea unei cantiti mai mari de lapte de slad pentru a asigura cantitatea suficient de amilaze pentru

    zaharificare secundar;

    - folosirea unei cantiti mai mari de cultur de producie de drojdie (10-15%);

    - conducerea fermentaiei la 35-36C;

    - folosirea preparatelor enzimatice microbiene pentru hidroliza avansat a amidonului pn la glucoza, fr

    dextrine limit, n scopulscurtrii fazei finale.

    Plmezile fermentate trebuie s aib un extract aparent de 0,3-1,5% la cele de cartofi;0 la cele de porumb; 1,0-1,3% la cele de orez; 1,1-1,4% la cele de secar; 0,9-1,1% la cele de ovz.

    Extractul real al plmezii fermentate se stabilete cu relaia:

    er=0,3 A + eA + 0,4

    n care: er- este extractul real al plmezii fermentate, %;

    A-concentraia n alcool a plmezii fermentate, % voi; eA- extractul

    aparent al plmezii fermentate, %

    La folosirea procedeului de fierbere cu recircularea borhotului extractul aparent al plmezii dulci ct i al

    plmezii fermentate crete n funcie de numrul de recirculri.

    Att la cultura de drojdie lichid, ct i la plmada principal este obligatoriu controlul microbiologic pentru

    a constata: numrul de drojdii; numrul de bacterii de infecie.

    Culturile de drojdie lichide trebuie s conin 50 -300 -106 celule/ml, sub 50- 106 celule/ml denotnd o

    multiplicare slab. Numrul de celule moarte nu trebuie s depeasc 5%.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    36/290

    Gradul de infectare al plmezilor trebuie s fie ct mai sczut, o plmad de calitate avnd

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    37/290

    drojdie uscat coninnd 20-25 -109celule.

    Avantajele folosirii preparatelor uscate de drojdie const n:

    pornire rapid a fermentaiei; randament optim de transformare a zaharurilor n alcool;

    desfurarea n condiii reproductibile a fermentaiei;

    calitate constant a produsului finit.

    Puterea alcooligen i tolerana la alcool a unor preparate de drojdie uscat, n comparaie cu drojdia

    lichid sau cea comprimat sunt artate n tabelul 7.5.

    Tabelul 7.5Puterea alcooligen i tolerana la alcool a unor preparate de drojdie uscat

    Cantitatea de drojdie necesar este de 100-200 g/hl plmad zaharificat. Pentru creterea

    Denumirea comercial Specia de Puterea Toleranta la

    drojdie alcooligen, alcool,% alcool volumic % alcool volumic

    Blastosel VS Sach. bayanus 11,2 15,0Blastosel MV Sach. cerevisiae 11,1 14,2Fermicamp Sach bayanus 11,6 15,4Drojdie Super I Sach. cerevisiae 10,4 13,7Drojdie Super II Sach bayanus 9,7 13,0Drojdie Maximum Sach. cerevisiae 9,8 12,1Drojdie lichid Ay Sach. cerevisiae 8,6 11,7Drojdie lichid EPERNAY Sach. cerevisiae 8,9 9,0

    Drojdie lichid HAUTVILLERS Sach. cerevisiae 8,4 11,2Drojdie comprimat Sach. cerevisiae 8,7 10

    Drojdia de panificaie este utilizat n bricile de spirt cu capacitate redus.

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    38/290

    Fig. 7 10 Schema-bloc a fabricrii alcoolului din cereale i cartofi procedeu fr fierbere sub presiune DSA).

    Figura 7.10. Schema bloc a fabricrii alcoolului din cereale i cartofi (procedeu fr fierbere sub presiune

    DSA)

    Pentru a avea un volum mare de cultur de producie, obinerea acesteia se face n trei trepte:- cultura n generatorul mic de drojdie;

    - cultur n generatorul mare de drojdie;

    - prefermentarea.

    Mediul de cultur utilizat este o plmad de melas cu 16-17Blg. cu adaosuri de sruri nutritive i

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    39/290

    aciditate 1,1-1,3D i care a fost sterilizat. Acest mediu se nsmneaz fie cu o cultur de producie precedent.

    Cultura din generatorul mic servete ca inoculum pentru plmada de melas din generatorul mare care are

    concentraia de 15-17Blg. corectat i sterilizat la fel ca n treapta precedent. Durata de fermentare pentru

    fiecare treapt este de 8 ore, n decursul crora extractul trebuie s scad la 6-7 Big.

    Se poate merge i pe urmtoarea variant: se pulverizeaz 9 -10% plmada principal fermentat care se

    trece n generatorul mare unde este acidificat la 0,75-0,8S i meninut 6 ore la 26...28C pentru terminarea

    fermentaiei, extractul ajungnd la 5-5,8%. Aceast plmad fermentat, considerat cultura de producie se

    introduce n plmada principal.

    La fermentarea plmezilor de melas (n prealabil pregtite) se folosesc procedee de fermentare

    discontinu i continu, cele continui fiind:

    - procedee fr refolosirea drojdiei;

    - procedee cu separarea i refolosirea drojdieiPregtirea plmezii de melas const n: diluare cu ap, neutralizare, acidulare, adugare sruri nutritive,

    limpezire, sterilizare (pasteurizare), rcire.

    Plmada principal de melas se dilueaz la 30-34% extract iar cultura de producie de drojdie (plmada

    de drojdie) la 12-16% extract. Cele dou plmezi pot avea i aceeai concentraie n extract de 23%.

    Cultura de drojdie de producie se nsmneaz n proporie de 40% fa de plmada principal de

    producie.

    n cazul fermentrii n sistem continuu (se folosete o baterie de linuri de fermentare), colectarea drojdieifcndu-se din ultimul lin de fermentare prin separarea centrifugal, n care caz laptele de drojdie concentrat

    reprezint 7-10% din plmada fermentat. Acest lapte de drojdie este refolosit la fermentare, dup tratare cu

    H2S04timp de 1 or, la pH 2,2-

    2,4.

    Fermentarea continu prezint urmtoarele avantaje:

    randament n alcool pn la 64-65 I alcool absolut/100 kg zaharoz din melas;

    creterea productivitii; spaiu necesar mai redus, investiie mai redus;

    consumul de utiliti este mai redus i uniform.

    Dezavantajul fermentrii continui const n instabilitatea biologic a plmezii ce se fermenteaz dezavantaj

    ce poate fi depit prin utilizarea instalaiei firmei Starcosa/BMA ce folosete o combinaie bioreactor-unitate de

    microfiltrare.

    Fiele unor preparate enzimatice cu utilizare n industria spirtului din cereale sunt prezentate n continuare

    (pentru celelalte preparate specificate n tabelul 7.4 fiele tehnice au fost prezentate la capitolul 6 ).

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    40/290

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    41/290

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    42/290

    PRELUCRAREA FRUCTELOR lLEGUMELOR

    15.1. FRUCTE l LEGUME MAI IMPORTANTE

    Fructele care se consum sunt clasificate n fructe necultivate la noi n ar (ananas,

    avocado, banane, mandarine, portocale, grapefruturi, curmale, lmi, papaya, rodii, rocove,

    smochine, migdale, alune i alune de pmnt) i fructe cultivate la noi n ar (mere, pere,

    prune, piersici, ciree, viine, caise, -struguri, afine, agrie, coacze, merioare, cpune,zmeur, mure, dude, nuci comune).

    Legumele mai importante sunt: tomatele, vinetele, ardeii grai i ardeii kapia,

    castraveii, dovleceii, pepenele galben i verde, varza (alb, roie, crea de Bruxelles), salata

    cpn, spanacul, lptuca, mcriul, tevia, loboda, ptrunjelul, conopida, brocoli,

    sparanghelul, guliile, morcovii, napii, ridichile, pstrnacul. sfecla roie, elina, hreanul,

    bamele, ciupercile comestibile (nu au fost cuprinse i diferitele verdeuri condimentare).

    Plecnd de la componentul principal (dominant) din fructe i legume acestea pot fi:- bogate n amidon: cartofi obinuii i dulci, ardei, pstrnac, ptrunjel,

    castane;

    - bogate n zaharuri: struguri, mere, pere, gutui, prune, caise, ciree viine,

    piersici, sfecl, soiuri de mazre, fasole verde;

    - bogate n substane proteice: bob, mazre, fasole, linte, arpagic, varz

    de Bruxelles, alune turceti i alune de pmnt, nuci;- bogate n substane grase: alune, nuci, semine de struguri, agrie,

    coacze, mere, gutui, pere, smburi de caise, piersici, prune, ciree, viine;

    - bogate n pectine i n acizi: lmi, coarne, agrie, coacze, mere, corcodue,

    tomate, struguri;

    - bogate n acizi i cu pectin puin: viine, porumbe, caise, afine,

    revent, mcri, gutui, zmeur, ciree, sfecl roie.

    15.2. EVOLUIA PRINCIPALELOR COMPONENTE DINFRUCTE l LEGUME N CURSUL MATURRII

    Maturarea reprezint un proces dinamic fiziologic-biochimic, care se materializeazprin form, mrime, greutate, pigmentaie, compoziie chimic, gust i miros. Maturareaexprim, deci, nsumarea material a modificrilor suferite de fructe i de legume n ciclu l decretere i dezvoltare i se exprim cantitativ prin gradul de maturare.

    Din punct de vedere al folosirii i acceptabilitii pentru consum sau pentru prelucrareindustrial, maturitatea fructelor i legumelor poate fi: maturitate comercial (tehnic,industrial), care se refer la perioada pn la ncetarea creterii i dezvoltrii (de exemplu

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    43/290

    fructe verzi pentru dulcea, dovlecei n floare, mazre verde, fasolea verde psti pentruconserve, fructe n prg pentru mpulpare); maturitate de recoltare (de livad, de cmp, saude grdin), care se definete prin form, mrime (volum i greutate), pigmentaie,.

    Aceste dou tipuri de maturri au loc nainte ca fructele i legumele s fie desprinsede plantele-mam. Dup desprindere are loc aa-numita maturare (maturitate) de consum nstare proaspt.

    Maturarea (maturitatea) de consum se caracterizeaz i se definete prin fermitatea(textura) i raportul dintre componentele substanei uscate. La matura rea de consum sedesfoar procese catabolice i n aceast perioad datorit, n principal, enzimelorhidrolizante, substanele cu mas molecular mare (amidon, pectin, proteine, tanoidele ichiar celuloza) sufer transformri care le fac mai fragede, mai suculente, mai aromate,textura pierznd treptat din fermitate. Durata maturrii de consum este foarte scurt la fructeletimpurii (cpune, ciree, zmeur, viine, caise, piersici, pere, prune). Maturitatea de consumpentru diverse legume se apreciaz dup raportul dintre diferitele componente ale substanei

    uscate.Dup recoltare, fructele i legumele continu s respire aerob. La fructe i legume

    respiraia este diferit innd cont de faptul c pot fi climaeterice sau neclimacterice. La celeclimacterice (avocado, banane, caise, mango, pere, mere, papaya, piersici, prune, roii), nfuncie de temperatur, absorbia de 02scade pn la minimum climacteric, apoi crete dinnou pn la un maximum climacteric urmat de o descretere.

    La fructele i legumele neclimacterice (ananas, castravei, cpune, lmi,grapefruturi, portocale, ciree, smokine, struguri) absorbia de 02 scade continuu duprecoltarea fructelor. Deosebirile dintre produsele vegetale climacterice i neclimactericeconst n producie de etilen, care este mai mare la cele climacterice.

    n ceea ce privete evoluia diferitelor componente din fructe i legume se fac uneleprecizri care sunt expuse n continuare.

    Proteinele. Acestea se acumuleaz n perioada de cretere i dezvoltare i sediminueaz la maturarea de consum sau la depozitare, datorit activitii enzimelorproteolitice.

    Lipidele. Se acumuleaz n faza de dezvoltare, dup care se diminueaz lamaturarea de consum i depozitare, datorit activitii lipazelor proprii sau sub influenamicroorganismelor (n special mucegaiuri), dac pstrarea se face n condiii neadecvate detemperatur i umiditate relativ. Prin formare de acizi grai liberi crete aciditatea produselorrespective, pe de o parte, i, pe de alt parte, acetia constituie substraturi oxidabile n funciede gradul de nesaturare, iar n final, sub influena oxigenului atmosferic, produsele devinrncede.

    Cerurile. Se sintetizeaz pe msura dezvoltrii fructelor ca i n procesul dematurare-pstrare. ..............------- -r! ...... - - -

    Glucidele. Zaharurile simple (glucoza, fructoza, zaharoza) se acumuleaz n cursulcreterii i dezvoltrii fructelor i legumelor. n timp.u! depozitrii, coninutul de zaharurisimple scade, cu excepia fructelor i legumelor care conin amidon, din care, prin hidroliz,se formeaz glucide simple.

    Poiizaharidele din peretele vegetal al fructelor i legumelor. La fructe i legume,peretele vegetal reprezint o organizare supramolecular de poli- zaharide i alte substane,care evolueaz n funcie de diferenierea celulelor i de

    mbtrnirea esuturilor. Organizarea structural a peretelui vegetal se refer la:- lamela medie, care este format din substane pectice. Se formeaz n timpul

    diviziunii celulare i asigur coeziunea dintre celulele vecine. Aceast structur estestabilizat sub form de gel, prin asocierea lanurilor pectice la nivelul zonelorhomogalacturonice neesterificate, interaciune realizat prin intermediul ionilor de Ca2+;

    - peretele primar, care este caracteristic celulelor nedifereniate n faza de

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    44/290

    cretere. Acest perete este fin i suplu i este constituit din polizaharide n proporie de 90%i din proteine, n proporie de10%. Acest perete posed o tram de miofibrile de celuloznglobate ntr-o matrice amorf, puternic hidratat. format din pectine, xiloglucani i/sauheteroxilani;

    - peretele secundar, care se formeaz dup diferenierea celulelor. n peretelesecundar, celuloza formeaz microfibrile dispuse n straturi orientate, care confer pereteluivegetal o mare rezisten mecanic. Acest perete secundar se poate impregna cu lignin, maiales n cazul esuturilor de susinere i al vaselor conductoare de sev. Acest peretesecundar este inextensibil i puin hidrofil.

    La fructe i legume, compoziia peretelui vegetal este apropiat de cea a pereilorprimari, ceea ce reflect predominana parenchimului de rezerv. Peretele vegetal de la fructei legume are i o proporie oarecare de perete secundar, care provine din vaseleconductoare (tabelul 15.1).

    Poiizaharidele reprezint fraciunea cea mai important a peretelui vegetal, aa cumeste evideniat n tabelul 15.2.

    Tabelul 15.1Compoziia (% fa de s.u.) peretelui vegetal al fructelor i al legumelorComponentul Fructe i legume

    Parenchim esut lignificatSubstane pectice 35-40 5Celuloz 35 40Alte polizaharide 10 25-30Glicdproteine 10-20 5Lignin i acizi fenolici 5 20-25

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    45/290

  • 8/10/2019 Biotehnologia Acidului acetic alimentar

    46/290

    Tabelul 15.2

    Celuloza. Este un homopolimer de glucoza. Unitile succesive de D-glu- copiranoz

    sunt legate prin legturi glucozidice (3-1,4. Dispunerea moleculelor de glucoz n lanurilepolimerului permite formarea de legturi de hidrogen intra- lanuri, care stabilizeazmacromolecula sub form de ruban i de legturi de hidrogen interlanuri, permind astfelasocierea macromoleculalor n microfibrile elementare. Microfibrilele, la rndul lor, formeazfibre care prezint parial o structur cristalin. Aceast cristalinitate, care afecteaz unnumr redus de fibre, confer celulozei o mare rezisten fizic i chimic. n pereii primari,diametrul microfibrilelor este de ~ 3,5 nm, iar n peretele secundar fibrilele au diametrul de15-20 nm. Celuloza este hidrolizat de celuiazele unor microorganisme patogene alevegetalelor i de bacteriile din rumenul erbivorelor.

    Xiloglucanii. Pereii fructelor i legumelor sunt bog